回坡底矿切顶留巷工作面通风技术研究

韩佩璋

（霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿，山西 霍州 041600）

1 工程背景

回坡底矿10-108工作面开采井田10#煤层，相邻工作面北部为10-106工作面（回采完毕）、南部为10-110工作面（未采）。10-1081巷为运输巷、10-1082巷为回风巷，运输巷为106工作面回风巷切顶留巷，1082回风巷也将采用沿空留巷技术为110工作面服务。工作面煤层厚度平均3.1 m，平均坡度4°，产状稳定，开采过程中不受老窑、陷落柱等灾害影响。瓦斯绝对涌出量3.66 m3/min，相对涌出量为0.72 m3/t，具有煤尘爆炸性，属于自燃煤层，二氧化碳绝对涌出量为4.39 m3/min，二氧化碳相对涌出量为0.86 m3/t。

10-1082回风巷为矩形断面，采用切顶沿空留巷方式管理顶板，而10-1081运输巷为已切顶成巷的1062回风巷，在108工作面回采过程中，110接续工作面也将形成，108工作面与110工作面之间的局部通风系统将成为制约两工作面回采工作和接续工作效率的重要环节。切顶卸压沿空留巷条件下，合理的局部通风技术，是防止工作面采空区遗煤自燃和巷道瓦斯浓度超限的有效途径。

表1 10-108工作面顶底板岩性特征

2 切顶成巷条件下通风技术研究

2.1 通风方式的确定

10-108工作面开采过程中，1082回风巷进行切顶卸压自动成巷，随着工作面的不断推进，1082回风巷将设置挡矸支护，沿设置好的切顶线利用钢筋网、U型钢和单体支柱形成联合挡矸装置，工作面由传统的“一面两巷”变成“两面三巷”形式。传统“一面两巷”回风方式多为“U型”，即运输巷进新鲜风流、回风巷出乏风风流，而工作面巷道切顶沿空留巷后，回采工作面有多条进风或回风巷，以“两面三巷”为例即是“两进一回”或“两回一进”方式。考虑煤层瓦斯赋存情况和采空区遗煤自然发火期，在保证瓦斯不出现积聚、108和110工作面不出现乏风串联的情况下，工作面通风方式宜采用“两进一回”的“W”型布置通风技术，如图1所示。108工作面的“W”型“两进一回”通风方式布置：1081运输巷进风，110回风巷、110开切眼进风，1082回风巷回风。

图1 10-108工作面通风方式布置

2.2 通风方式安全性分析

传统“一面两巷”的“一进一回”型通风，由于工作面间保护煤柱的存在，采空区侧向悬臂梁结构致使上方顶板不能完全垮落，导致煤柱两侧均存在漏风通道，且该区域顶板垮落的煤岩断裂块度加大，易将新鲜风流与采空区中部贯通，造成采空区遗留煤炭的自燃发火危险。传统工作面回风通道新鲜风流经工作面往回风巷流动时，还易造成上隅角位置瓦斯及一氧化碳浓度超限，给工作面生产活动带来不利影响。采用切顶卸压成巷后的“两进一回”通风方式后，工作面与工作面之间无煤柱，采空区能够完全垮落，不存在漏风通道，顶板充分垮落后逐渐压实，与外界新鲜风流的贯通渠道被切断，减少了采空区遗留煤炭的自燃发火危险。同时，有两条相对的新鲜风流通过回风巷上隅角位置，瓦斯与一氧化碳等有毒有害气体被充分稀释排出，消除了上隅角气体危险性。因此，采用切顶卸压成巷的“两进一回”的“W”型通风系统的安全性是能够得到保证的。

2.3 108工作面“一通三防”技术措施

在确定108工作面通风技术方式后，为了进一步减低通风方式的危险性，需要制定“一通三防”安全技术措施。①防止工作面过多漏风。新鲜风流重新进入采空区是导致工作面通风危险的首要因素，在保证工作面生产安全及监测要求的基础上，可以适当减少工作面进风风量、降低风压；还可以在留巷时的挡矸墙进行喷浆处理，隔离新鲜风流与采空区贯通通道；尤其是在上隅角区域，适当改变进风风流方向，避免风流垂直采空区进；②防治工作面瓦斯灾害。保证工作面的风速、风量要求符合《规程》要求，严格执行瓦斯检查制度，对采空区及时封闭避免瓦斯泄露；当巷道内瓦斯浓度超过一定值时，应进行抽采处理；③防治煤炭自然发火。在防止自然发火时，需要对采空区自燃“三带”进行束管监测与实时预警，采取向采空区注浆封闭或喷射阻化剂进行防治；同时在回采结束45d内永久封闭采空区，注意消防管路及其他电气设备的操作安全；④防治工作面粉尘。在工作面生产过程中，若是风流速度过大，会将巷道内煤尘及岩尘等吹起，造成粉尘浓度超限进而可能引起爆炸，所以针对防治工作面粉尘而言，应建立完善的防尘洒水系统，对采煤机滚筒进行喷雾降尘处理，还可以采用通风负压进行除尘，做好浓度测定和个人防护。

3 应用效果分析

10-108工作面的切顶留巷“W”型通风方式的实施效果需要考察工作面、回风巷道及采空区的有毒有害气体情况，并对沿空留巷段的气体样本进行分析，监测巷道、采空区的漏风量等指标。

1）在沿空留巷段内布置束管探头，监测不同位置的氧气含量。探头沿巷道的布置间距为50 m，每个位置布置2个探头，2个探头分别深入采空区，在垂直巷道方向的间距为25 m，如图2所示。根据相邻矿区的采空区自燃“三带”划分标准，氧气浓度＞18%属于散热带、氧气浓度＜7%属于窒息带、其他含量范围属于氧化带，各监测点监测结果见表2。随着108工作面的不断推进，切顶段的采空区逐渐压实，与新鲜风流的贯通渠道逐渐减少，在“W”型通风方式下，采空区散热带和氧化带的范围明显减少，遗煤自然发火的危险性降低。

表2 氧气浓度监测结果

图2 束管监测点示意图

2）对工作面以及切顶段的有害气体进行监测分析，切顶段和工作面的CH4最大浓度为0.03%、最大瓦斯涌出量为0.3m3/min、CO含量值平均为2.5×10-6、采空区内部温度稳定在16℃。无论是瓦斯含量还是CO浓度，均低于《规程》要求。采空区温度未出现持续升高现象，内部遗煤及矸石氧化现象不明显。因此，采用“W”型通风方式后的工作面安全性高于传统“U”型通风。

10-108工作面采用切顶留巷“W”型通风方式后，采空区漏风量明显减少，自燃“三带”中窒息带范围明显增加，氧化带和散热带减少，遗煤自燃危险性降低。“两进一回”式通风能够减少回风隅角有毒有害气体含量，降低工作面风流有害气体浓度，对工作面安全生产有较大裨益。

4 结论

10-108工作面的切顶留巷技术能够使得工作面通风方式转变为“W”型“两进一回”式通风方式，能够消除传统工作面采空区不完全垮落带来的工作面漏风严重、遗煤自燃危害大、有毒有害气体易累积的问题，应用该种通风方式后，108采空区窒息带面积增加、散热带和氧化带面积减小，有毒有害气体浓度均低于《规程》要求，采空区温度保持稳定。与传统“U”型通风相比，工作面生产安全性能够得到保证，符合矿井安全高效生产要求。